Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 20
7 июня 2019
Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments)
Перед вами – глава из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах каталога компании КОМПЭЛ. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей. Если же знаний недостаточно, следует вначале ознакомиться с учебными курсами TI Precision Labs (TIPL). Авторы обещают обновлять и дополнять статьи цикла.
Мы публикуем главы Поваренной книги на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.
Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав
Схема формирования дифференциального сигнала
Исходные данные к расчету представлены в таблице 59.
Таблица 59. Исходные данные к расчету
Вход | Выход | Питание | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
ViMin | ViMax | VoMin | VoMax | Vcc | Vee | Vref |
0,1 В | 2,4 В | -2,3 В | 2,3 В | 2,7 В | 0 В | 2,5 В |
Описание схемы
Данная схема позволяет преобразовывать однополярный сигнал 0,1…2,4 В в дифференциальный сигнал ±2,3 В (рисунок 69). Диапазоны входных и выходных напряжений могут изменяться с учетом возможностей используемых ОУ.

Рис. 69. Схема преобразования однополярного сигнала в дифференциальный
Рекомендуем обратить внимание:
- ОУ с rail-to-rail-входами и выходами обеспечивают максимальный размах входных и выходных напряжений схемы;
- использование ОУ с низким Vos и минимальным дрейфом смещения уменьшает смещение выходного сигнала;
- для уменьшения погрешности коэффициента усиления следует выбирать более точные резисторы;
- следует работать в линейном рабочем диапазоне напряжений ОУ. Этот диапазон обычно определяется в схеме с разомкнутой обратной связью (AOL);
- для обеспечения стабильности следует использовать резисторы обратной связи с небольшим номиналом и подключать дополнительную емкость параллельно резистору R2.
Порядок расчета
- В качестве сигнала Vo+ используется буферизированный входной сигнал: Vo+ = Vi.
- Инвертируем и сдвигаем сигнал Vo+ с помощью дифференцирующего усилителя. На выходе получаем Vo- (формула 1):
$$V_{O-}=\left(V_{REF}-V_{O+} \right)\times \frac{R_{2}}{R_{1}}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$
- Выбираем сопротивления таким образом, чтобы шум от резисторов был меньше шума ОУ (формула 2):
$$E_{nv}=30\frac{нВ}{\sqrt{Гц}}\:(шум\:ОУ)\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$
Если R1 = R2 = R4 = 49,8 кОм, то (формула 3):
$$E_{nr}=\sqrt{\left(\sqrt{4\times kB\times T\times (R_{1}\parallel R_{2}} \right)^2+\left(\sqrt{4\times kB\times T\times (R_{3}\parallel R_{4}} \right)^2}=28.7\frac{нВ}{\sqrt{Гц}} < E_{nv}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$
-
- Выбираем номиналы входных резисторов R5 и R6. Они служат для защиты ОУ и подтяжки входов. Для простоты задаем равные значения: R5 = R6 = 49,9 кОм.
Моделирование схемы
Передаточная характеристика схемы представлена на рисунке 70.

Рис. 70. Передаточная характеристика схемы
Моделирование в режиме переменных токов (малосигнальный AC-анализ) приведено на рисунке 71.

Рис. 71. Частотная характеристика схемы
Рекомендации
С дополнительной информацией можно ознакомиться в документации к TIPD131.
Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 60.
Таблица 60. Параметры ОУ, используемого в расчете
OPA344 | |
---|---|
Vcc | 1,8…5,5 В |
VinCM | Rail-to-rail |
Vout | Rail-to-rail |
Vos | 0,2 мВ |
Iq | 150 мкА/канал |
Ib | 0,2 пА |
UGBW | 1 МГц |
SR | 0,8 В/мкс |
Число каналов | 1, 2, 4 |
В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 61.
Таблица 61. Параметры альтернативного ОУ
OPA335 | |
---|---|
Vcc | 2,7…5,5 В |
VinCM | Vee – 0,1 В…Vcc – 1,5 В |
Vout | Rail-to-rail |
Vos | 1 мкВ |
Iq | 285 мкА/канал |
Ib | 70 пА |
UGBW | 2 МГц |
SR | 1,6 В/мкс |
Число каналов | 1, 2 |
Список ранее опубликованных глав
- Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители
- Инвертирующий усилитель
- Неинвертирующий усилитель
- Инвертирующий сумматор
- Дифференциальный усилитель
- Интегратор
- Дифференциатор
- Трансимпедансный усилитель
- Однополярная схема измерения тока
- Биполярная схема измерения тока
- Однополярная схема измерения тока с широким рабочим диапазоном (3 декады)
- ШИМ-генератор на ОУ
- Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
- Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
- Активный полосовой фильтр
- Однополупериодный инвертирующий выпрямитель
- Выпрямитель на ОУ
- Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием
- Ограничитель скорости изменения напряжения
Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ
Наши информационные каналы